4. Основные свойства конструкционных материалов

Очевидно, что и направление использования, и его результат определяются набором свойств, которые должен иметь (проявлять) тот или иной материал.

Свойство – способность материала определенным образом реагировать на внешний или внутренний фактор, действующий отдельно или, чаще всего, в совокупности с другими факторами.

Тем или иным комплексом свойств определяется качество материала. Подразделение всей совокупности свойств на физические и химические свойства веществ и материалов общеизвестно.

Физические свойства материала характеризуют его способность реагировать на воздействующий фактор без изменения химического состава.

Химические свойства вещества или материала характеризуют его способность участвовать в химических превращениях (химических реакциях).

В технике физические свойства веществ и материалов подразделяют на следующие группы:

• механические;

• теплофизические;

• электрические;

• акустические;

• оптические;

• адгезионные (клеящие) и др.

1. Технологические и технические свойства конструкционных материалов

С прикладной точки зрения (с точки зрения практического применения материалов) полезно знать о подразделении свойств КМ на технологические и технические.

Технологические свойства – свойства, характеризующие способность материала подвергаться обработке. Для ряда материалов разработаны количественные показатели технологических свойств; однако для многих материалов до сих пор применяются только качественные характеристики этих свойств (например, свариваемость, штампуемость – для металлов, вальцуемость, каландруемость, шприцуемость – для полимеров и т.д.).

Технические свойства – свойства, которые материал проявляет при эксплуатации детали или изделия, изготовленного из данного материала.

В зависимости от назначения детали или изделия важными техническими свойствами могут быть механические, теплофизические, электрические и другие – часто в их комбинации.

2. Основные механические свойства конструкционных материалов

Имеется целый ряд свойств, характеризующих различные аспекты поведения материала (тела) во внешнем механическом поле (при механическом нагружении). И некоторые свойства путают даже специалисты-материаловеды и механики. Для общей пользы ниже приводятся определения понятий основных механических свойств материалов и изделий (в алфавитном порядке).

Вязкость (внутреннее трение) – свойство материала сопротивляться необратимой пластической деформации (т.е. течению материала).

Жесткость – свойство материала сопротивляться деформации (изменению размеров и формы). Жесткость неполимерных материалов (включая металлы) количественно характеризуется величиной модуля упругости (в случае полимеров аналогичный показатель часто называют модулем жесткости).

Пластичность – свойство материала при нагружении изменять в значительных пределах размеры и форму (без разрушения) и сохранять эту форму после снятия нагрузки.

Прочность (механическая) – свойство материала сопротивляться разрушению под действием внешних или внутренних сил (механических).

Разрушение – разрыв связей между элементами тела, приводящий к разделению тела на части (нарушение сплошности тела).

Твердость (поверхностная) – свойство материала сопротивляться локальным внешним воздействиям механической силы на поверхность материала.

Упругость – свойство материала восстанавливать размеры и форму после снятия нагрузки.

Хрупкость – свойство материала разрушаться при малой величине деформации. Обращаем внимание на то, что в определении понятия “хрупкость” не фигурируют ни величина, ни время действия механического напряжения. Но, как правило, тела разрушаются хрупко при кратковременном действии силы (при ударном приложении нагрузки), обычно в ходе развития упругой деформации.

Эластичность (высокоэластичность) – свойство материала после снятия нагрузки восстанавливать размеры и форму (после деформирования материала на большую величину – порядка сотен процентов). Данным уникальным свойством обладают лишь материалы полимерной природы. Низкомолекулярные тела и тела с атомной структурой могут проявлять лишь упругость. Употреблять понятия “упругость” и “эластичность” как равнозначные для специалиста непростительно.

Важным для КМ физическим свойством является, несомненно, и плотность.

Плотность материала – масса единицы объема материала; величина, обратная удельному объему.

Наиболее часто используют две величины плотности для одного и того же материала: истинную (_ист) и кажущуюся, или насыпную, плотность (_каж).

_ист – масса единицы объема материала в абсолютно плотном (монолитном) состоянии;

_каж – отношение массы материала к его объему в насыпном состоянии (определяется для сыпучих материалов).

Многие из перечисленных механических свойств КМ составляют комплекс, называемый конструкционной прочностью материала.